CN104064308A

CN104064308A - 一种铁基软磁非晶合金及其制备工艺

Info

Publication number: CN104064308A
Application number: CN201410347278.6A
Authority: CN
Inventors: 李雪莲; 王丽
Original assignee: Shandong University Weihai
Current assignee: Shandong University Weihai
Priority date: 2014-07-21
Filing date: 2014-07-21
Publication date: 2014-09-24

Abstract

本发明属于金属材料领域，是一种新的铁基软磁非晶合金及其制备工艺。本发明铁基软磁非晶合金，含有磷和硼，其特征是合金中各元素的原子百分比满足以下条件：77≤铁≤81；8≤硼≤10；9≤磷≤14。硼以铁硼中间合金的方式加入，磷以铁磷中间合金的方式加入。本发明生产成本低、工艺简单；制备的软磁非晶合金具有饱和磁化强度高的特点，适合用于变压器铁芯，例如配电变压器、中频变压器等。

Description

一种铁基软磁非晶合金及其制备工艺

技术领域：本发明属于金属材料领域，特别是涉及了一种新的铁基软磁非晶合金及其制备工艺。

背景技术：铁基非晶态合金具有矫顽力低、磁导率高、电阻率高等特点，将其制成变压器,比硅钢变压器空载节能60-80％，同时减少了二氧化碳、二氧化硫等的排放量，是目前节能效果较理想的配电变压器材料。但目前开发的铁基非晶合金的饱和磁感应强度较低，造成非晶产品的体积较大，材料使用量和成本增加，加之非晶材料价格较高，导致非晶与硅钢产品相比价格优势并不明显。要获得高饱和磁感应强度，需要降低非铁磁性的其它组元(如Zr、Mo、类金属等)的含量，保证较高的铁含量。而铁含量越高，没有其它元素的合金化，铁基非晶合金的非晶形成能力相对较低，这与追求优异的磁性能相矛盾。因此寻找能提高饱和磁感应强度的元素配比，同时又不降低铁基非晶的形成能力是铁基非晶软磁性材料研发的难点。

发明内容：本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种成本低、饱和磁化强度高的铁基软磁非晶合金及其制备工艺。

本发明是通过以下方式实现的：

一种铁基软磁非晶合金，含有磷和硼，其特征是合金中各元素的原子百分比满足以下条件：77≤铁≤81；8≤硼≤10；9≤磷≤14。

上述铁基软磁非晶合金的制备工艺，其特征是包括以下步骤：

(1)首先按成分配比Fe_77-81B_8-10P_9-14称取纯铁、铁磷中间合金、铁硼中间合金；铁磷中间合金中磷的质量百分比为25.3％，铁硼中间合金中鹏的质量百分比为17％；

(2)在高纯氩气保护气氛中的真空电弧炉中进行熔炼，熔炼电流为250-500A，每一埚料熔化至少三次，第二次及以后熔炼时加磁搅拌，保证成分分布均匀；

(3)熔化结束后取出锭料，并将表面打光，以备熔体甩带实验用；

(4)采用高频重熔甩带设备、高频感应加热设备，将小块锭料放入底端带有小孔的石英管中进行甩带，甩带过程在氩气保护下进行。

上述铁基非晶合金的制备工艺，其特征是步骤(2)中真空熔炼的真空度为2-3×10^-3Pa；步骤(4)中石英管上小孔的直径为1.2-1.5mm；甩带过程中熔体的喷射压力为0.3Mpa以上；熔体的喷射温度为1250-1300℃；甩带用钼轮或铜辊尺寸为直径220mm，使用铜辊时转速为1800转/分及以上，使用钼轮时转速为2000转/分及以上。

本发明通过合理的成分配比和工艺，可以制得铁基软磁非晶薄带。其中Fe₇₉P₈B₁₃和Fe₇₇P₉B₁₄铸态非晶带的饱和磁化强度达到166emu/g，相较于传统的非晶变压器材料Fe₇₈Si₉B₁₃(饱和磁化强度为162emu/g)具有饱和磁化强度高、非晶形成能力强的特点。

具体实施方式：

下面给出本发明的三个最佳实施例：

实施例1

(1)原材料为纯铁(99.99％)、铁磷中间合金(P质量百分比为25.3％)、铁硼中间合金(B质量百分比为17％)，用精确到100mg的天平按Fe₇₉P₈B₁₃的原子百分比称取原料，分别为Fe：18.7g，Fe-P中间合金：6.1g，Fe-B中间合金：5.2g；

(2)将原料放入电弧炉中，用机械泵和分子泵抽真空至2×10^-3Pa，充入高纯氩气进行电弧熔炼，熔炼电流为500A；第一遍熔化至原料表面熔化即可，第二次熔炼时待表面熔化后立即加磁搅拌至熔体中没有块状料。然后再翻转料进行第三次熔炼，检查是否还有未熔原料；

(3)取出锭料，用锉刀或砂纸将锭料表面清理干净，然后做成块料以备熔体甩带实验用；

(4)将小块锭料放入底端有1.5mm小孔的石英管中进行甩带，甩带过程中采用高频重熔甩带设备，熔体的喷射压力为0.5MPa，熔体的喷射温度为1250℃，钼轮转速为2000转/分，甩带过程在氩气保护下进行。

按上述工艺得到的Fe₇₉P₈B₁₃非晶薄带。

实施例2

原材料为纯铁(99.99％)、铁磷中间合金(P质量百分比为25.3％)、铁硼中间合金(B质量百分比为17％)，用精确到100mg的天平按Fe₇₇P₉B₁₄的原子百分比称取原料，分别为Fe：17.4g，Fe-P中间合金：6.9g，Fe-B中间合金：5.6g；采取与实施例1相同的工艺步骤，用机械泵和分子泵抽真空至3×10^-3Pa，电弧炉熔炼电流为250A，高频感应加热设备的加热电流调节到490A，甩带时熔体的喷射温度为1200℃，铜辊转速为1800转/分。

按上述工艺得到的Fe₇₇P₉B₁₄非晶薄带。

实施例3

原材料为纯铁(99.99％)、铁磷中间合金(P质量百分比为25.3％)、铁硼中间合金(B质量百分比为17％)，用精确到100mg的天平按Fe₈₁P₁₀B₉的原子百分比称取原料，分别为Fe：19.2g，Fe-P中间合金：7.4g，Fe-B中间合金：3.5g；采取与实施例1相同的工艺步骤，用机械泵和分子泵抽真空至3×10^-3Pa，电弧炉熔炼电流为250A，高频感应加热设备的加热电流调节到490A，甩带时熔体的喷射温度为1300℃，钼轮转速为2000转/分。

按上述工艺得到的Fe₈₁P₁₀B₉非晶薄带。

Claims

1.一种铁基软磁非晶合金，含有磷和硼，其特征是合金中各元素的原子百分比满足以下条件：77≤铁≤81；8≤硼≤10；9≤磷≤14。

2.根据权利要求1所述一种铁基软磁非晶合金的制备工艺，其特征是包括以下步骤：

(1)首先按成分配比Fe_77-81B_8-10P_9-14称取纯铁、铁磷中间合金、铁硼中间合金原料；铁磷中间合金中磷的质量百分比为25.3％，铁硼中间合金中硼的质量百分比为17％；

(3)熔化结束后取出锭料，并将锭料表面打光，以备熔体甩带实验用；

3.根据权利要求2所述的铁基非晶合金的制备工艺，其特征是步骤(2)中真空熔炼的真空度为2-3×10^-3Pa；步骤(4)中石英管上小孔的直径为1.2-1.5mm；甩带过程中熔体的喷射压力为0.3Mpa以上；熔体的喷射温度为1250-1300℃；甩带用钼轮或铜辊尺寸为直径220mm，使用铜辊时转速为1800转/分及以上，使用钼轮时转速为2000转/分及以上。